(57)【要約】【課題】  衝撃によるＺ軸振動成分のノイズを除去し、検出感度を高めることによって信頼性が高い圧電振動子を提供する。【解決手段】  圧電振動子は、所定面内に延出される駆動振動腕系１５と検出振動腕系１６を備える圧電振動片１０と、圧電振動片１０が格納される側体２０と蓋体３０から構成される容器と、圧電振動片１０の重心が位置する基部１２の対向する表裏の関係にある面それぞれに一方の端部が接続され、他方の端部が蓋体３０、または側体２０に接続されるリード部材４１〜４６，１４１〜１４６と、リード部材４１〜４６，１４１〜１４６のいずれかと側体２０または蓋体３０との間に接続される検出素子１０１〜１０６，１１１〜１１６と、が備えられており、検出素子１０１〜１０６，１１１〜１１６によって、衝撃によるＺ軸振動成分を検出し、Ｚ軸振動成分のノイズを除去し、検出感度を高めることによって信頼性が高い圧電振動子を提供する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定面内に延出される振動腕を備える圧電振動片と、
前記圧電振動片が格納される側体と蓋体から構成される容器と、
前記圧電振動片の重心が位置する基部の対向する表裏の関係にある面それぞれに一方の端部が接続され、他方の端部が前記蓋体、または前記側体に接続される複数のリード部材と、
前記リード部材の他方の端部のいずれかと前記側体または前記蓋体との間に接続される前記圧電振動片のＺ軸の振動を検出する検出素子と、
が備えられていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動子において、
前記リード部材が、前記圧電振動片の重心位置に対して対称に配置され、
前記基部の面を挟んで対向する前記リード部材が対称形であり、且つ、対称に配置されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の圧電振動子において、
前記検出素子が、前記リード部材毎に備えられていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の圧電振動子において、
前記検出素子が、少なくとも前記圧電振動片の対向する表裏の関係にある面の一方の面側に接続される前記リード部材の他方の端部が接続される第１の検出素子と、他方の面側に接続される前記リード部材の他方の端部が接続される第２の検出素子と、から構成されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項５】
請求項１に記載の圧電振動子において、
前記圧電振動片の重心が位置する基部の対向する表裏の関係にある一方の面に前記重心位置に対して対称に配置して接続され、前記圧電振動片を支持する複数の第１のリード部材と、
前記圧電振動片の他方の面の重心位置に接続され前記圧電振動片を支持する第２のリード部材と、
を備えることを特徴とする圧電振動子。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の圧電振動子において、
前記検出素子が、圧電素子で構成されていることを特徴とする圧電振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子の構造に関し、特に圧電振動子のＺ軸振動成分の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電振動片と、一方の端部が圧電振動片の基部の一方の面に接続され、他方の端部が圧電振動片を格納する容器のパッケージ（側体）の前記圧電振動片の基部の一方の面に対向する面に接続されるリード部材と、を備え、このリード部材によって圧電振動片を支持する圧電振動子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７５０２０号公報（第４頁、第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような特許文献１では、圧電振動片は基部の一方の面をリード部材によって接続支持される形態となっている。従って、この圧電振動片の支持構造によれば、圧電振動片の厚み方向（圧電振動片が水晶の場合はＺ軸方向）に対する振動が加えられると、圧電振動片は一方の面のみの支持構造となるため、Ｚ軸振動成分の振動がノイズとして検出され、検出信号の検出感度が低下するという課題が考えられる。
また、Ｚ軸振動成分の振動が存在しても、それを検出する手段がないため、正確な検出振動が得られないというような課題も考えられる。
本発明の目的は、耐衝撃性を高め、Ｚ軸振動成分から発生されるノイズの影響を低減し、検出感度を高めることによって信頼性が高い圧電振動子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の圧電振動子は、所定面内に延出される振動腕を備える圧電振動片と、前記圧電振動片が格納される側体と蓋体から構成される容器と、前記圧電振動片の重心が位置する基部の対向する表裏の関係にある面それぞれに一方の端部が接続され、他方の端部が前記蓋体または前記側体に接続される複数のリード部材と、前記リード部材の他方の端部のいずれかと前記側体または前記蓋体との間に接続される前記圧電振動片のＺ軸方向の振動を検出する検出素子と、が備えられていることを特徴とする。
【０００６】
ここで、所定面内とは、圧電振動片が水晶で形成されている場合、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸で構成される平面を示す。また、厚み方向は光学軸と呼ばれるＺ軸である。
また、検出素子は、例えば、圧電振動子にＺ軸方向に外部から衝撃力が加えられたときのＺ軸振動成分を検出するＺ軸振動成分検出素子である。
また、振動腕としては、例えば、１対の駆動振動腕と１対の検出振動腕を含む。
【０００７】
この発明によれば、圧電振動片は、基部の対向する両面からリード部材で支持されるため、圧電振動片の厚み方向（Ｚ軸方向）に対する衝撃をリード部材で吸収することができ、耐衝撃性を高めることができる。
【０００８】
また、前述したようにＸ軸、Ｙ軸で構成される平面に振動腕が形成される圧電振動片では、通常、この平面内で振動動作が行われる。従って、Ｚ軸方向の振動成分は発生しない。しかしながら、外部からの強い衝撃等を受けた場合には、圧電振動子にＺ軸振動成分が発生することが考えられる。このＺ軸振動成分はノイズであり、特に、圧電振動片の検出信号に影響を与えることが考えられる。
本発明では、検出素子が、圧電振動片の両面側の蓋体または側体に接続して備えられており、例えば、圧電振動子に断面方向（Ｚ軸プラス方向）の衝撃力が加えられたとき、両面側に備えられた検出素子のうち、一方の検出素子には圧縮力（プラス）が加えられプラスのＺ軸振動成分としての信号が検出され、他方の検出素子には伸張力（マイナス）が加えられるのでマイナスのＺ軸振動成分としての信号が検出される。これらの検出信号を衝撃が加えられていないときの基準信号との差分を算出して検出信号を制御すれば、Ｚ軸振動成分のノイズを除去または減少させることができるため、Ｚ軸方向に対する耐衝撃性を向上することができる。このようにＺ軸振動成分から発生するノイズの影響を減ずることにより、結果として圧電振動子の検出感度を高めることができる。
【０００９】
さらに、このようなＺ軸方向の振動成分を検出するための検出素子は、Ｚ軸方向の振動や衝撃を検出する簡易的なセンサーとしての機能を有し、異常な検出をした際には、検出振動腕の検出信号をキャンセルすることができ、信頼性が高い圧電振動子を提供することができる。
【００１０】
また、前述の構造では、前記リード部材が、前記圧電振動片の重心位置に対して対称に配置され、前記基部の面を挟んで対向する前記リード部材が対称形であり、且つ、対称に配置されていることが好ましい。
【００１１】
このような構造によれば、基部両面に接続されるリード部材は、基部の面及び重心位置に対して対称形であり、例えば、後述する実施形態によれば、各面に対して各振動腕に形成される電極パターンに対応して６本づつ備えられるが、各面に接続されるリード部材の平面方向及びＺ軸方向の構造的強度が同じになるため、圧電振動片の支持強度のバランスがとれるため、平面方向及び厚み方向ともに安定して支持することができる。このことによって、Ｚ軸振動成分のノイズを低減することができる。
【００１２】
また、圧電振動片の両面側にリード部材が対称に備えられているので、Ｚ軸方向の衝撃力に対して、検出素子のＺ方向の検出値が、前述したプラスのＺ軸振動成分及びマイナスの振動成分の絶対値がほぼ同じ値になるため、ノイズ除去の処理が容易となる。
さらに、圧電振動片の基部は、振動腕の振動の影響を受けにくい場所であるため、リード部材を接続することによる振動腕の振動に影響を与えることはなく、正確な振動を行うことができる。
【００１３】
また、前述した構造では、前記検出素子が、前記リード部材毎に備えられていることが好ましい。
【００１４】
本発明による圧電振動片は、振動腕としては、前述したように１対の駆動振動腕と１対の検出振動腕から構成される。これらの振動腕には、例えば、駆動信号電極、検出信号電極やＧＮＤ電極等が形成される。そして、それぞれの電極に対応してリード部材が備えられ、これらのリード部材毎に検出素子が備えられているので、圧電振動片がバランスよく支持されるとともに、各検出素子の検出信号の相互の差分を算出し、外部からの衝撃の有無や大きさを検出して、Ｚ軸方向のノイズ除去処理を行うことによって、Ｚ軸方向に対する耐衝撃性を向上することができ、Ｚ軸振動成分から発生するノイズの影響を減ずることにより、結果として圧電振動子の検出感度を高めることができる。
【００１５】
また、前記検出素子が、少なくとも前記圧電振動片の対向する表裏の関係にある面の一方の面側に接続されるリード部材が接続される第１の検出素子と、他方の面側に接続されるリード部材が接続される第２の検出素子と、から構成されていることが好ましい。
【００１６】
この構造は、前述したようなリード部材毎に検出素子を備える構造に対し、第１の検出素子及び第２の検出素子は、圧電振動片の一方の面側に備えられた複数のリード部材を群として一つの検出素子に接続されていることに特徴を有している。
【００１７】
このような構造によれば、リード部材毎に検出素子を備える構造のように、リード部材毎の細分化されたＺ軸振動成分を検出することはできないが、圧電振動子のＺ軸方向の衝撃値を総合的に検出し、第１の検出素子と第２の検出素子の検出結果と基準信号との差分を算出して、衝撃値や振動値を得ることができるので、実使用上は充分な検出能力を得ることができる。
また、リード部材毎に検出素子を接続する必要がなく、詳しくは後述するが、製造工程において、作業性を高めることができる。
【００１８】
また、本発明の圧電振動子は、前記圧電振動片の重心が位置する基部の対向する表裏の関係にある一方の面に前記重心位置に対して対称に配置して接続され、前記圧電振動片を支持する複数の第１のリード部材と、前記圧電振動片の他方の面の重心位置に接続され前記圧電振動片を支持する第２のリード部材と、を備えることが好ましい。
【００１９】
このようにすれば、圧電振動片の一方の面に接続されるリード部材が重心位置に対して対称に備えられ、他方の面のリード部材は圧電振動片の重心位置に接続され、これらリード部材で圧電振動片が支持されているので、平面方向及び厚み方向ともに安定して支持することができるので、Ｚ軸振動成分のノイズを低減することができ、このことによって、検出感度を向上することができる。
【００２０】
また、このような構造では、例えば、第１のリード部材と第２のリード部材の圧電振動子の支持力をほぼ同等に設定し、さらに、第１のリード部材が接続される検出素子と第２のリード部材が接続される検出素子の電気機械結合係数をほぼ同等に設定しておけば、前述したように圧電振動子にＺ方向の衝撃が加えられた際に、検出素子それぞれの検出値は、プラス、マイナスの違いがあるものの絶対値がほぼ同じになり、その差分を算出することによって、ノイズを除去または低減できるので耐衝撃性を高めることができる。
【００２１】
また、圧電振動片の基部は、振動腕の振動の影響を受けにくい場所であり、また、重心位置は振動腕の振動を全く受けない死点であるため、第１のリード部材、第２のリード部材を接続することによる振動腕の振動に影響を与えることはなく、正確な振動を継続することができる。
【００２２】
さらに、本発明による前記検出素子が、圧電素子で構成されていることが好ましい。
ここで、圧電素子としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等が採用できる。
【００２３】
このように、検出素子がＰＺＴ等のセラミックス系材料であれば、構造的強度が高く、薄型化できる。また、圧電効果によりＺ方向の衝撃によるわずかな歪を電圧値に効率よく変換することができるので、外部からの衝撃や振動を感度よく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図４には本発明の実施例１に係る圧電振動子が示され、図５には実施例２が、図６、図７には実施例３が、図８には実施例４が示されている。
【実施例１】
【００２５】
図１〜図４は実施例１の圧電振動子１が示されている。
図１は、本実施例１の圧電振動子の概略平面図を示す。なお、図１は、内部の構造を分かりやすく説明するために、図２に記載する蓋体３０と、蓋体３０に固定されるリード部材１４２，１４３及び支持基板６０と、検出素子１１１，１１３を取り外して視認した状態を示している。図１において、本実施例１に係る圧電振動子１は、振動源としての圧電振動片１０と圧電振動片１０を支持するリード部材４１〜４６と、圧電振動片１０を格納する容器を構成する側体２０と蓋体３０（図２、参照）と、リード部材４１〜４６を支持する支持基板６０と、リード部材４１〜４６と側体２０の底面の間に備えられる検出素子１０１〜１０６と、から構成されている。これら前述した検出素子は板状の略同じ大きさで形成され、圧電素子（ピエゾ素子）で構成されている。
【００２６】
なお、図１では、視認して圧電振動片１０の上面に存在し、前述のリード部材４１〜４６それぞれに対向するリード部材１４１〜１４６と、蓋体３０の内面に備えられる検出素子１１１〜１１６は、前述のリード部材４１〜４６及び検出素子１０１〜１０６と、それぞれが全く形状がおなじであるため図示、及び説明を省略する。省略したリード部材、検出素子等は、図１では、（数字）で示している。
なお、これらリード部材は、銅箔などの電気伝導度が高い薄板で形成される。
【００２７】
圧電振動片１０は、ＸＹ平面内に形成される。実施例１では、圧電振動片１０は、水晶で形成され、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸及び光学軸と呼ばれるＺ軸の、Ｘ軸とＹ軸の平面方向に切り出されたＺカットの水晶基板である。圧電振動片１０は、所定の厚みの水晶基板で形成されている。圧電振動片１０の平面形状は、水晶の結晶軸に合わせてＸＹ平面に展開され、中心点Ｇに対して１８０°点対称の形状をしている。中心点Ｇは圧電振動片１０の重心位置である。また、図１では図示していないが、圧電振動片１０の表面には所定の電極が形成されている。
【００２８】
圧電振動片１０には、Ｘ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ平行な端面をもつ矩形状の基部１２が形成され、基部１２のＹ軸に平行な２端面の中央からＸ軸に平行な方向に延出される二つの連結腕１３，１４と、基部１２のＸ軸に平行な２端面の中央からＹ軸に平行な方向に延出される検出振動腕系１６が形成され、検出振動腕系１６は検出振動腕１６Ａ，１６Ｂとが形成されている。連結腕１３，１４それぞれの先端には１対の駆動振動腕系１５が形成され、連結腕１３の先端直角方向にそれぞれ駆動振動腕１５Ａ，１５Ｂが延出され、連結腕１３の反対方向の連結腕１４の先端には直角方向にそれぞれ駆動振動腕１５Ｃ，１５Ｄが延出されている。
【００２９】
駆動振動腕１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄは、所定の周波数の駆動振動が発生するように幅や長さなどの寸法が設定されている。また、検出振動腕１６Ａ，１６Ｂ、及び連結腕１３，１４は、所定の検出振動が発生するように幅や長さなどの寸法が設定されている。
【００３０】
また、圧電振動片１０の基部１２の表裏関係にある両面には同じ平面位置、同じ面積の電極ランド８１〜８６が形成され（図１では、下面のみを表示しているが、以降、表面側にある電極ランドも対向する電極ランドも同じ符号で呼称する）、少なくとも図２で示す側体２０の底面２１に対向する面の電極ランド８１〜８６は、図示しないが駆動振動腕１５Ａ〜１５Ｄ及び検出振動腕１６Ａ，１６Ｂの表面に形成された電極と連続して形成されている。詳しくは、駆動振動腕１５Ａ〜１５Ｄには駆動信号電極と駆動信号ＧＮＤ電極、検出振動腕１６Ａ，１６Ｂには検出１信号電極と検出１ＧＮＤ電極と検出２信号電極と検出２ＧＮＤ電極が形成されている。これら各電極に対応して電極ランド８１〜８６が形成され、これらの電極ランド８１〜８６に前述のリード部材４１〜４６の一方の端部が接続される（図２の圧電振動片１０の下面側）。
リード部材４１〜４６の他方の端部は、側体２０の底面２１に備えられた検出素子１０１〜１０６に接続されている。
【００３１】
圧電振動片１０の上面側の備えられるリード部材（１４１）〜（１４６）についても同様に、一方の端部が圧電振動片１０の基部１２表面に接続され、他方の端部は蓋体３０の内面３０Ａに備えられた検出素子（１１１）〜（１１６）にそれぞれが接続される。
【００３２】
検出素子１０１〜１０６、（１１１）〜（１１６）は、圧電素子（ピエゾ素子）から構成された薄板状で、それぞれが略同じ形状に形成され、リード部材が接続される表面には検出電極が形成され、他方の裏面にはＧＮＤ電極が形成されている。
【００３３】
図２には、実施例１に係る圧電振動子１の概略断面図（図１のＡ−Ａ断面）が示されている。図１も参照して説明する。なお、各リード部材の形状や、各リード部材と圧電振動片及び側体の底面との接続部構造は同じであるため代表例としてリード部材４２，４３（以降、リード部材４２等と呼称することがある）及び１４２，１４３（以降、リード部材１４２等と呼称することがある）を記載し説明する。図２において、側体２０はセラミックス等で形成された底面が四角形の容器のベースであり、底面２１には、半導体装置９０が載置固定されており、図示しないが少なくとも前述した駆動信号電極と駆動信号ＧＮＤ電極、検出１信号電極と検出１ＧＮＤ電極と検出２電極と検出２ＧＮＤ電極等が形成され、金線等で接続されている。
【００３４】
側体２０の周縁部端面２０Ａには、金属層が形成されており、金属製の蓋体３０がシーム溶接等の手段で密着固定されて容器が形成される。この容器内は真空状態である。
【００３５】
次に、圧電振動片１０の支持構造について説明する。Ｘ方向に延在するリード部材４１〜４４（図１では、図示されないリード部材１４１〜１４４も含む）及びＹ方向に延在するリード部材４５，４６（図１では、図示されないリード部材１４５，１４６も含む）とは、相互に同一又は異なる形状を有する帯状部材である。圧電振動片１０の図中、下方にあるリード部材４２等は一方の端部が圧電振動片１０の基部１２に接続され、他方の端部は側体２０の底面２１に固定されている検出素子１０１，１０３（以降、検出素子１０１等と呼称することがある）に接続されている。
また、圧電振動片１０の図中、上方にあるリード部材１４２等は一方の端部が圧電振動片１０の基部１２に接続され、他方の端部は蓋体３０の内面３０Ａに固定されている検出素子１１１，１１３（以降、検出素子１１１等と呼称することがある）に接続されている。
リード部材の蓋体３０及び側体２０の底面２１に接続される部位は支持基板６０で支持されている。
【００３６】
支持基板６０は、ステンレス鋼板にポリイミド樹脂等の絶縁層７５を設けた基板であり、上方にあるリード部材１４２等を支持する支持基板６０と下方にあるリード部材４２等を支持する支持基板６０の２枚が備えられている。これら２枚の支持基板６０は同じ形状であり、同じ符号を附与している。ここでは、側体２０の底面２１側の支持基板６０を代表として説明する。図１、図２において、支持基板６０は、外形が四角形の板状部材で、外周４辺には、リード部材４１，４２の検出素子１４１，１４２との接続部を覗く開口部６２と、リード部材４３，４４の検出素子１４３，１４４との接続部を覗く四角形の開口部６３が形成され、また、リード部材４５，４６の検出素子１０２，１０５との接続部を覗く開口部６１が形成されている。
【００３７】
また、支持基板６０の中央部には、リード部材４１〜４６の立ち上がり部分が挿通される四角形の窓開け部６４が形成されている。これらの開口部６１〜６３と窓開け部６４とは、本実施例１では四角形としたが、リード部材の接続において阻害要因とならない形状であれば形状は限定されない。
なお、支持基板６０の材料は、ステンレス鋼鈑の他にセラミックスを採用することができる。セラミックスの場合、絶縁層を省略することができる。
【００３８】
続いて、図２を参照してリード部材の断面形状について詳細に説明する。各リード部材の基本形状は同じであるため代表例を上げ説明する。図２で示したリード部材４２，４３，１４２，１４３は、圧電振動片１０が前述のリード部材の接続部以外の場所や側体２０及び支持基板６０と接触しないように形成されている。詳述すれば、検出素子１０１，１０３に一端を接続したリード部材４２，４３は支持基板６０の窓開け部６４の位置で支持基板６０の周縁部から中央上方に向かう方向に一旦折り曲げられた後、さらに側体２０の底面２１にほぼ平行となるように端部を含む部位を折り曲げ、その端部に圧電振動片１０を接続する。
【００３９】
リード部材１４２，１４３は、蓋体３０の内面３０Ａに固定されている検出素子１１１，１１３に一端が接続され、支持基板６０の窓開け部６４の位置で支持基板６０の周縁部から中央下方に一旦折り曲げられた後、さらに蓋体３０の内面にほぼ平行になるように、即ち、側体２０の底面２１に平行になるように他端を含む部位を折り曲げ、他端に圧電振動片１０を接続する。
【００４０】
次に、リード部材と圧電振動片、検出素子と蓋体または側体、リード部材と検出素子との接続構造について詳しく説明する。図２を参照して説明する。リード部材４１〜４６をリード部材４２等として、また、リード部材１４１〜１４６をリード部材１４２等として、さらに検出素子１０１〜１０６を検出素子１０１等、検出素子１１１〜１１６を検出素子１１１等として説明する。まず、リード部材４２等は、端部が支持基板６０に接着剤で固定され、検出素子１０１等にＡｕバンプや導電性接着剤等で接続される。
【００４１】
側体２０の底面２１には、検出素子１０１等に対応したＧＮＤ電極パターンと検出電極パターンが形成されており（図示せず）、このＧＮＤ電極上に検出素子１０１等が導電性接着剤で接続固定されている。前述した検出素子１０１等に形成された検出電極、ＧＮＤ電極は、側体２０の底面２１に形成された検出電極パターンとＧＮＤ電極パターン（図示せず）に接続されて半導体装置９０に接続される。
【００４２】
このような状態で、リード部材４２等の一方の端部に圧電振動片１０を載置し、基部１２の下面に形成された電極ランド８５（図１で示す電極ランド８１〜８６を含む）に導電性接着剤８０を塗布し乾燥して、リード部材４２等と圧電振動片１０とが接続、固定されている。
【００４３】
圧電振動片１０の上面側のリード部材１４２等は、端部が支持基板６０に接着剤で固定された状態で検出素子１１１等にＡｕバンプや導電性接着剤で接続固定される。蓋体３０の内面３０Ａには絶縁層（図示せず）が形成され、この絶縁層の表面にＧＮＤ電極パターン８８が検出素子１１１等に対応して形成されている。そして、検出素子１１１等は導電性接着剤等で前述のＧＮＤ電極パターン８８に接続、固定されている。蓋体３０に検出素子１１１等と共に接続されたリード部材１４２等は、圧電振動片１０の上面に形成された電極ランド８５に載置され、導電性接着剤８０で接続される。ＧＮＤ電極パターン８８は側体２０の内面にも形成されて、半導体装置９０に接続される。
【００４４】
リード部材１４２等が接続された蓋体３０は、側体２０の周縁部端面２０Ａにシーム溶接等の手段で密着固定される。この作業は、真空環境内で行われるため、圧電振動子１内は真空状態である。なお、蓋体３０の側体２０との接合部には、絶縁層は形成しない。
【００４５】
前述の実施例１では、蓋体３０は金属製としたが、セラミックス等の非導電性材料を採用することができる。この際、蓋体の内面には絶縁層を設ける必要はなく、接着剤等で固定される。
なお、蓋体３０及び側体２０は、通常の環境で遭遇することが予測される範囲で変形しない程度の剛性を有することが好ましい。
【００４６】
続いて、実施例１に係る圧電振動子１の振動動作について説明する。
図３及び図４は、本実施例１の圧電振動片１０の動作を模式的に説明するための平面図である。図３、図４においては、振動形態をわかりやすく表現するために、各振動腕は簡略化して線で表している。図１と同じ構成部分を同じ符号で示し、説明を省略する。
【００４７】
図３は、駆動振動を説明する図である。図３において、駆動振動は、駆動振動腕１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄが矢印Ａ方向に振動する屈曲振動であって、実線で示す振動姿態と、二点鎖線で示す振動姿態を所定の周波数で繰り返している。このとき、駆動振動腕１５Ａ，１５Ｂと駆動振動腕１５Ｃ，１５Ｄとが、中心点Ｇを通るＹ軸で線対称の振動を行っているので、基部１２、連結腕１３，１４及び検出振動腕１６Ａ，１６Ｂは、ほとんど振動しない。
【００４８】
図４は、検出振動を説明する図である。図４において、検出振動は、実線で示す振動姿態と、二点鎖線で示す振動姿態を、前記駆動振動の周波数で繰り返している。検出振動は、圧電振動片１０が図３に示した駆動振動を行っている状態で、圧電振動片１０にＺ軸周りの回転角速度ωが加わった時、駆動振動腕１５Ａ，１５Ｂ及び１５Ｃ，１５Ｄに矢印Ｂで示す方向のコリオリ力が働くことによって発生する。
【００４９】
このことより、駆動振動腕１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄが、矢印Ｂで示す振動を行う。矢印Ｂで示した振動は、中心点Ｇに対して周方向の振動である。また同時に、検出振動腕１６Ａ，１６Ｂは、矢印Ｃに示すように、矢印Ｂの振動に呼応して矢印Ｂとは周方向反対向きの振動を行う。
【００５０】
このとき、基部１２の周縁部は、駆動振動腕と検出振動腕とが図４で示したような振動をしたとき振動系としては釣り合いが取れた状態であるため振動しない。従って、この基部１２に前述したリード部材を接続しても圧電振動片の振動に影響を与えることはない。
【００５１】
次に、前述した検出素子の作用について、図２を参照して説明する。検出素子１０１等は、圧電振動片１０の下面側にあって側体２０に接続される。また、検出素子１１１等は
圧電振動片１０の上面側にあって蓋体３０に接続されている。ここで、例えば、圧電振動子１に上方向の衝撃力が加えられた場合、圧電振動片１０の下方にある検出素子１０１等はリード部材４２等によって圧縮力が加えられる。圧電振動片１０の上方にある検出素子１１１等には逆に伸びる方向の力（伸張力と呼称する）が加えられる。これらの圧縮力、伸張力によって検出素子が歪み、検出信号を発生しＺ軸振動成分が存在することを検出する。
圧電振動子１に逆の下方向の衝撃力が加えられたときには、検出素子には前述とは逆の信号が検出される。
【００５２】
一般に、このような圧電振動片に衝撃力等の外力は働いていないときには上方の検出素子と下方の検出素子にはそれぞれ逆の力が作用する。従って、このときの検出信号を基準信号として、前述の衝撃力が加えられたときの検出信号との差分を算出して、Ｚ軸振動成分（ノイズ）を除去することができる。
この検出信号は、実際には非常に小さいので、図示しない差動増幅回路で増幅し、フィルターによって振動成分の分離を行い必要な出力信号を得るように回路が構成されている。
【００５３】
前述したような構造の圧電振動子１は、携帯電話、ビデオカメラ、デジタルカメラ及びパソコンなどの電子機器において、制御基準信号、計時機能の基準信号、またはジャイロセンサなどに使用することができる。
【００５４】
従って、前述した実施例１によれば、圧電振動片１０は、基部１２の対向する両面からリード部材４１〜４６及び１４１〜１４６で支持されるため、圧電振動片１０の厚み方向（Ｚ軸方向）に対する衝撃を前述のリード部材で吸収することができ、耐衝撃性を高めることができる。
【００５５】
また、検出素子１０１〜１０６と検出素子１１１〜１１６とが、圧電振動片１０の両面側にそれぞれ備えられており、例えば、圧電振動子１に断面方向（Ｚ軸プラス方向）の衝撃力が加えられたとき、両面側に備えられた一方の検出素子には圧縮力（プラス）が加えられプラスのＺ軸振動成分としての信号が検出され、他方の検出素子には伸張力（マイナス）が加えられるのでマイナスのＺ軸振動成分としての信号が検出される。これらの検出信号を衝撃が加えられていないときの基準信号との差分を算出して検出信号を制御すれば、Ｚ軸振動成分のノイズを除去または減少させることができるため、Ｚ軸方向に対する耐衝撃性を向上することができる。このようにＺ軸振動成分のノイズの影響を減ずることにより、結果として圧電振動子１の検出感度を高めることができる。
【００５６】
さらに、このようなＺ軸方向の振動を検出するための検出素子は、Ｚ軸方向の振動や衝撃を検出する簡易的なセンサーとしての機能を有し、異常な検出をした際には、圧電振動子の異常な検出信号をキャンセルすることができ、信頼性が高い圧電振動子を提供することができる。
【００５７】
また基部１２の両面に接続されるリード部材４１〜４６及びリード部材１４１〜１４６は、基部１２の面及び重心位置Ｇに対して対称形であり、前述の実施例１では、各面に対して各振動腕に形成される電極パターンに対応して６本づつ備えられるが、各面に接続されるリード部材の平面方向及びＺ軸方向の構造的強度が同じになるため、圧電振動片の支持強度のバランスがとれるため、平面方向及び厚み方向ともに安定して支持することができる。このことによって、Ｚ軸振動成分のノイズを低減することができる。
【００５８】
また、圧電振動片１０の両面側にリード部材４１〜４６とリード部材１４１〜１４６とが対称に備えられ、検出素子１０１〜１０６と検出素子１１１〜１１６も対称形であるので、Ｚ軸方向の衝撃力に対して、検出素子のＺ方向の検出値が、前述した圧縮力及び伸張力とがほぼ同じ値になるため、検出信号の絶対値もほぼ同じになるため、ノイズ除去の処理が容易となる。
さらに、圧電振動片の基部は、振動腕の振動の影響を受けにくい場所であるため、リード部材を接続することによる振動腕の振動に影響を与えることはなく、正確な振動を行うことができる。
【００５９】
また、リード部材４１〜４６，１４１〜１４６それぞれに検出素子１０１〜１０６，１１１〜１１６が備えられているので、圧電振動片１０がバランスよく支持されるとともに、各検出素子の検出信号と基準信号相互の差分を算出し、外部からの衝撃の有無や大きさを検出して、Ｚ軸方向のノイズ除去処理を行うことによって、Ｚ軸方向に対する耐衝撃性を向上することができ、Ｚ軸振動成分から発生するノイズの影響を減ずることにより、結果として検出振動腕の検出感度を高めることができる。
【００６０】
さらに、本実施例１による検出素子が、圧電素子（ＰＺＴ等）で構成されており、ＰＺＴ等のセラミックス系材料は構造的強度も高く、薄型化ができる。また、圧電効果によりＺ方向の衝撃によるわずかな歪を検出信号に効率よく変換することができるので、外部からの衝撃や振動を感度よく検出することができる。
【実施例２】
【００６１】
続いて、本発明の実施例２について図面に基づき説明する。実施例２は、前述した実施例１に比べ、リード部材の側体に接続する構造が異なり、共通部分の説明は省略し、共通部分の符号を共通にしている。また、圧電振動片１０は実施例１で説明したものと同じ形状である。
【００６２】
図５は、実施例２に係る圧電振動子２の概略断面図を示す。図５において、圧電振動子２は、容器を構成する側体１２０と側体１２０の上下の開口部を密閉する二つの蓋体３０，３１と、圧電振動片１０と、圧電振動片１０を支持する前述した実施例１に示したリード部材１４１〜１４６に相当する基部１２の上側のリード部材２４７〜２５２（実施例２では、リード部材２４８，２４９を代表例として示し、以降、リード部材２４８等と呼称することがある）及びリード部材４１〜４６に相当する下側のリード部材２４１〜２４６（実施例２では、リード部材２４２，２４３を代表例として示し、以降、リード部材２４２等と呼称することがある）と、リード部材２４８等及び２４２等を支持する二つの支持基板１６０と、から構成されている。
【００６３】
側体１２０は、平面外形形状は図１で示した形状と同じであるが、断面方向略中央部に内側に向かって段状の突出部１２１が全周にわたって形成されている。この突出部１２１は、図中、上段にリード部材２４８等が接続される接続面１２２と下段にリード部材２４２等が接続される接続面１２３が形成されている。圧電振動片１０は、基部１２の蓋体３１側の面にリード部材２４２等の一方の端部が接続され、また、基部１２の蓋体３０側の面にはリード部材２４８等の一方の端部が接続され、水平に支持されている。
【００６４】
側体１２０の接続面１２３には、検出素子２０１〜２０６が接続固定されている。検出素子２０１〜２０６はそれぞれ、前述の実施例１で示した検出素子１０１〜１０６に相当し（図１、図２、参照）、図５では、検出素子２０１，２０３を代表例として示す（以降、検出素子２０１等と呼称することがある）。検出素子２０１等の両面には図示しない電極が形成され、リード部材２４２等と接続する面は検出電極であり、接続面１２３と接続する面はＧＮＤ電極である。
【００６５】
リード部材２４２等の他方の端部は側体１２０の下段の接続面１２３に接続されている検出素子２０１等にＡｕバンプや導電性接着剤で接続される。リード部材２４８等の他方の端部は側体１２０の上段の接続面１２２に接続されている検出素子２１１〜２１６に接続、固定される。検出素子２１１〜２１６はそれぞれ、前述の実施例１で示した検出素子１１１〜１１６に相当し（図１、図２、参照）、図５では、検出素子２１１，２１３を代表例として示す（以降、検出素子２１１等と呼称することがある）。検出素子２１１等の両面には図示しない電極が形成され、リード部材２４８等と接続する面には検出電極であり、接続面１２２と接続する面はＧＮＤ電極である。
【００６６】
このようにして圧電振動片１０は、側体１２０の突出部１２１に形成される接続面１２２，１２３にリード部材２４２等，２４８等によって支持されている。
なお、前述の各リード部材と圧電振動片１０との接続方法、側体１２０との接続方法は、実施例１（図２、参照）で説明した方法を応用することができるので、詳しい説明は省略する。
リード部材２４８等の検出素子２１１等との接続部近傍の蓋体３０側に支持基板１６０が固着されており、また、蓋体３１側にも支持基板１６０が固着されておりリード部材２４２等を補強し、支持している。
【００６７】
支持基板１６０は実施例１（図１、参照）で示した支持基板６０と略同じ形状とすることができ、中央部の窓開け部１６４と各リード部材の側体１２０との接続部を覗く開口部１６２，１６３が形成されている。支持基板１６０の形状はそれぞれ表裏の関係にあり、つまり共通部材として使用できる。
【００６８】
なお、リード部材２４２等，２４８等は、外周をリードで連続した形状に形成しておき、その状態で支持基板１６０に固定してから、不要なリードを分離して、検出素子２０１等または２１１等に固定することができ、このようにすれば、作業性効率を高めることができる。
【００６９】
また、蓋体３１の内面３１Ａには半導体装置９０が固着されており、蓋体３１の内面３１Ａに形成される電極パターン（図示せず）に金線等で接続されている。この電極パターンは、図示しないが、側体１２０の下段側の接続面１２３に形成された電極パターンに連続しており、検出素子２０１等に形成されたＧＮＤ電極が半導体装置９０に接続されている。また、検出素子２０１等に形成された検出電極も、図示しない電極パターンを経由して半導体装置９０に接続される。
検出素子２１１等も前述した検出素子２０１等と同じように、検出電極、ＧＮＤ電極が半導体装置９０に接続される。
【００７０】
側体１２０の上下両側の周縁部端面２０Ａには、金属層が設けられており、金属製の蓋体３０，３１とはシーム溶接等の手段で密閉固着される。この作業は真空環境内で行われ、容器内は真空状態にされる。
なお、蓋体３０，３１が金属材料で形成される場合、蓋体３０，３１の電極パターンは絶縁層の上面に形成される。また、蓋体３０，３１がセラミックス材料等の絶縁材料の場合には、絶縁層は必要とされない。この際、蓋体３０，３１と側体１２０とは接着剤等で固定される。
【００７１】
従って、前述した実施例２によれば、前述した実施例１に記載の効果に加え、リード部材２４２等，２４８等が圧電振動片１０の基部１２と、側体１２０の突出部１２１に形成される接続面１２２，１２３と、のそれぞれに対応した面に接続されるので、基部１２表裏に在る各リード部材の高さ位置が製造上精度がだしやすい突出部１２１の厚みによって規制されるため、厚み方向の位置を正確に規制することができ、圧電振動片の支持力と支持位置が、より一層安定するという効果がある。
【００７２】
また、各リード部材の他方の端部は、側体１２０の接続面１２２，１２３に接続、固定されるため、各リード部材の固定作業が、蓋体３０，３１が無い状態で行うことができるので、作業性を高めることができ、そのことにより接続及び固定の信頼性を高めることができる。
【実施例３】
【００７３】
続いて、本発明の実施例３に係る圧電振動子３について図面に基づき説明する。実施例３は、前述した実施例１（図１、図２、参照）と比べ、圧電振動片１０の上面側を支持するリード部材が一本であるところに特徴を有し、下面側については、実施例１と同じ構造であるので説明は省略する。
【００７４】
図６には、実施例１に係る圧電振動子３の平面図、図７には概略断面図が示されている。
図６は、内部の構造を分かりやすく説明するために、図７に記載する蓋体３０と、蓋体３０側に接続される支持基板６５を取り外して視認した状態を示している。図６及び図７において、本実施例３に係る圧電振動子３は、振動源としての圧電振動片１０と、圧電振動片１０を支持する第１のリード部材としてのリード部材４１〜４６と、基部中央の重心Ｇの位置に接続される第２のリード部材としてのリード部材５０が備えられている。
【００７５】
リード部材５０は、平面視で、帯状の導電性が高い金属材料で形成され、リード部材４１〜４６が圧電振動片１０を支持する支持力とバランスが取れるように長さ、幅、厚みが設定される。リード部材５０は、蓋体３０の内面３０Ａに接続固定された検出素子１１７に一端が接続され、リード部材５０の検出素子１１７との接続部近傍に固定される支持基板６５の内側端部で支持基板６５の周縁部から中央下方に一旦折り曲げられた後、さらに蓋体３０の内面３０Ａにほぼ平行になるように、即ち、側体２０の底面２１に平行になるように他端を含む部位を折り曲げ、他端を圧電振動片１０の重心Ｇ位置に接続される。
接続構造、接続方法は、前述した実施例１（図２、参照）と同じであるので説明は省略する。
【００７６】
検出素子１１７は、その大きさ等について、特に制限はないが、圧電振動片１０の下面側の検出素子１０１等とは、電気機械結合係数をほぼ同じにしておくことがより好ましい。これは、前述した検出値の差分処理がしやすくなることが考えられるためである。
【００７７】
従って、前述した本実施例３によれば、圧電振動片１０の一方の面に接続されるリード部材４２等が重心位置Ｇに対して対称に備えられ、他方の面のリード部材５０は圧電振動片１０の重心位置Ｇに接続され、これらリード部材４２等及び５０で圧電振動片１０が支持されているので、平面方向及び厚み方向ともに安定して支持することができるため、Ｚ軸振動成分のノイズを低減することができ、このことによって、検出感度を向上することができる。
【００７８】
また、このような構造では、リード部材４２等とリード部材５０との圧電振動片１０の支持力をほぼ同等に設定し、さらに、リード部材４２等が接続される検出素子１０１等とリード部材５０が接続される検出素子１１７の電気機械結合係数をほぼ同等に設定しておけば、前述したように圧電振動子３にＺ方向の衝撃が加えられた際に、検出素子それぞれの検出値は、プラス、マイナスの違いはあるものの絶対値がほぼ同じになり、その差分を算出することによって、ノイズを除去または低減できるので耐衝撃性を高めることができる。
【００７９】
また、圧電振動片の基部は、振動腕の振動の影響を受けにくい場所であり、また、重心位置Ｇは振動腕の振動を全く受けない死点であるため、リード部材４２等、リード部材５０を接続することによる駆動振動腕系１５、検出振動腕系１６の振動に影響を与えることはなく、正確な振動を継続し、正確な検出信号を得ることができる。
【実施例４】
【００８０】
次に、本発明の実施例４に係る圧電振動子について図面に基づき説明する。本実施例４は、実施例１に記載の検出素子がリード部材毎に設けられていることに対し、圧電振動片の上面側の第１の検出素子と下面側の第２の検出素子との二つで構成されていることに特徴を有し、他の部材、構造は実施例１（図１、図２、参照）と同じであるため、共通部分は説明を省略する。
【００８１】
図８は、本実施例４に係る圧電振動子４を示す概略断面図である。図８において、圧電振動子４の基本構成は、実施例１（図１、図２、参照）で示した構成と同じである。圧電振動片１０の上面側に備えられる第１の検出素子としての検出素子１１８は、四角形の薄板材であり、ＰＺＴ等の圧電素子から構成されており、蓋体３０の内面３０Ａに導電性接着剤等で接続、固定されている。検出素子１１８の蓋体３０に接続される面には、ＧＮＤ電極が形成され、他方の面には、検出電極が形成されている。この検出素子１１８に、支持基板６０に固定されたリード部材１４２等がＡｕバンプまたは導電性接着剤等で接続、固定されている。
【００８２】
圧電振動片の下面側に備えられる第２の検出素子としての検出素子１１９は、前述の検出素子１１８と同じ形状、材質であり、中心部には、半導体装置９０を覗く開口部が形成されている。検出素子１１８にも同じ開口部が形成されており、検出素子１１８と検出素子１１９とは、圧電振動片１０を挟んで対称形である。検出素子１１９の側体２０の底面２１に接続される面には、ＧＮＤ電極が形成され、他方の面には、検出電極が形成されている。この検出素子１１９に、支持基板６０に固定されたリード部材４２等がＡｕバンプまたは導電性接着剤等で接続、固定されている。
【００８３】
検出素子１１８，１１９に形成された検出電極、ＧＮＤ電極は、図示しない蓋体３０及び側体２０の内面に形成された電極パターンを経由して、半導体装置９０に接続されている。
【００８４】
従って、前述した実施例４によれば、実施例１で説明したようなリード部材毎に検出素子を備える構造に対し、検出素子１１８及び１１９は、圧電振動片１０の一方の面側に備えられた複数のリード部材４１〜４６と１４１〜１４６をそれぞれ一つの検出素子に接続されていることに特徴を有しており、リード部材毎に検出素子を備える構造のように、リード部材毎の細分化されたＺ軸振動成分を検出することはできないが、圧電振動子のＺ軸方向の衝撃値を総合的に検出し、検出素子１１８と検出素子１１９との検出結果と基準信号との差分を算出してＺ軸振動成分のノイズを除去または低減することができるので、実使用上は充分な検出能力を得ることができる。
また、リード部材毎に検出素子を蓋体または側体に接続する必要がなく、接続作業の作業性を高めることができる。
【００８５】
なお、本発明は前述の実施例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前述の実施例１〜実施例４では、圧電振動片１０の両面側のリード部材に接続する検出素子を備えたが、例えば、蓋体３０側だけに検出素子を設けることができる。このような構造では、両側に検出素子を設けた場合に比べ、衝撃時の検出力はやや劣るが、衝撃が加えられない通常の振動の際の基準信号と、衝撃が加えられた時の検出信号の差分を算出し、適切な処理をすれば、前述の実施例に近い効果を得ることができ、構造が簡素になり、製造原価を低減することができる。
【００８６】
また、前述の実施例１〜実施例４では、リード部材毎に検出素子を備えているが、検出素子は、少なくとも一つ備えてあれば、Ｚ軸方向の振動成分を検出することができる。このような構造では、圧電振動子の構造をさらに簡素化することができるが、検出素子は、圧電振動片の両面側、もしくは、重心位置Ｇを挟んで略線対称に備えることが、圧電振動片の支持のバランスがよいということから、Ｚ軸方向の振動成分の信号検出を正確に行うことができ、より好ましい。
【００８７】
また、実施例４では、実施例１の構造を基本構造として第１の検出素子と第２の検出素子を採用する構造を説明したが、この構造は、実施例２（図５、参照）、実施例３（図７、参照）にも応用することができる。このことにより、実施例４と同様な効果を得ることができる。
【００８８】
さらに、実施例１、実施例３及び実施例４では、検出素子を蓋体または側体に接続、固定しているが、蓋体を圧電素子で形成しリード部材を接続する構造が提案できる。このような構造では、専用の検出素子を備える構造に比べ、検出感度は若干劣るが、構造が簡素になり、より一層、製造原価を低減することができ、また、圧電振動子の薄型に寄与する
ことができる。
【００８９】
また、前述の実施例では、衝撃等によるＺ軸振動成分の検出に専用の検出素子を備えているが、リード部材を支持する支持基板を圧電素子（ピエゾ素子）等で形成し、検出素子として採用することができる。
このようにすれば、リード部材の支持と前述した検出素子としての機能を併せもつことができ、圧電振動子の構造をより簡素化することができ、小型化や原価低減をすることができる。
【００９０】
従って、前述の実施例１〜実施例４では、耐衝撃性を高め、Ｚ軸振動成分から発生されるノイズの影響を低減し、検出感度を高めることによって信頼性が高い圧電振動子を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の圧電振動子は、例えば、携帯電話、ビデオカメラ、デジタルカメラ及びパソコンなどの電子機器において、制御基準信号、計時機能の基準信号、またはジャイロセンサなどに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施例１に係る圧電振動子の概略平面図。
【図２】本発明の実施例１に係る圧電振動子の概略断面図。
【図３】本発明の実施例１に係る圧電振動子の駆動振動動作を示す説明図。
【図４】本発明の実施例１に係る圧電振動子の検出振動動作を示す説明図。
【図５】本発明の実施例２に係る圧電振動子の概略断面図。
【図６】本発明の実施例３に係る圧電振動子を示す平面図。
【図７】本発明の実施例３に係る圧電振動子の概略断面図。
【図８】本発明の実施例４に係る圧電振動子の概略断面図。
【符号の説明】
【００９３】
１…圧電振動子、１０…圧電振動片、１２…基部、２０…側体、３０…蓋体、４１〜４６，１４１〜１４６…リード部材、１０１〜１０６，１１１〜１１６…検出素子、６０…支持基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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